RU2247938C1 - Optical device for object analysis - Google Patents
Optical device for object analysis Download PDFInfo
- Publication number
- RU2247938C1 RU2247938C1 RU2003115905/28A RU2003115905A RU2247938C1 RU 2247938 C1 RU2247938 C1 RU 2247938C1 RU 2003115905/28 A RU2003115905/28 A RU 2003115905/28A RU 2003115905 A RU2003115905 A RU 2003115905A RU 2247938 C1 RU2247938 C1 RU 2247938C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- probe
- object according
- optical device
- examining
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 120
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 59
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 16
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 39
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims description 22
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 19
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims description 11
- 230000002457 bidirectional effect Effects 0.000 claims description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000012014 optical coherence tomography Methods 0.000 description 4
- 238000001727 in vivo Methods 0.000 description 3
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 3
- 238000003325 tomography Methods 0.000 description 3
- 238000003384 imaging method Methods 0.000 description 2
- 238000000338 in vitro Methods 0.000 description 2
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 2
- 238000011160 research Methods 0.000 description 2
- 210000001835 viscera Anatomy 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000012512 characterization method Methods 0.000 description 1
- 238000005314 correlation function Methods 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000001839 endoscopy Methods 0.000 description 1
- 210000004209 hair Anatomy 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 1
- 238000000386 microscopy Methods 0.000 description 1
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 description 1
- 238000001579 optical reflectometry Methods 0.000 description 1
- 238000004886 process control Methods 0.000 description 1
- 210000004761 scalp Anatomy 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/0209—Low-coherence interferometers
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B9/00—Measuring instruments characterised by the use of optical techniques
- G01B9/02—Interferometers
- G01B9/02049—Interferometers characterised by particular mechanical design details
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Eye Examination Apparatus (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к технической физике, в частности к исследованиям внутренней структуры объектов оптическими средствами, и может быть использовано для получения изображения объекта методом рефлектометрии и оптической когерентной томографии в медицинской диагностике состояния отдельных органов и систем in vivo или in vitro, а также в технической диагностике, например, для контроля технологических процессов.The invention relates to technical physics, in particular to studies of the internal structure of objects by optical means, and can be used to obtain an image of the object by reflectometry and optical coherence tomography in medical diagnostics of the state of individual organs and systems in vivo or in vitro, as well as in technical diagnostics, for example, for process control.
Достоинством устройств, используемых для исследования объекта с помощью оптического низкокогерентного излучения, является возможность получения изображений мутных сред с высоким пространственным разрешением, а также возможность неинвазивной диагностики при проведении медицинских исследований и неразрушающего контроля при технической диагностике различного оборудования. Устройства такого типа содержат оптически связанные источник низкокогерентного оптического излучения и оптический интерферометр. Оптические интерферометры, входящие в состав низкокогерентных рефлектометров и устройств для оптической когерентной томографии, достаточно хорошо известны (см., например, интерферометры по пат. США №№ 5321501, 5383467, 5459570, 5582171, 6134003, международная заявка № WO 00/16034 и др.). Иногда оптическую схему интерферометра полностью или частично реализуют с использованием оптических элементов с сосредоточенными параметрами (пат. США № 5383467), но чаще оптические интерферометры такого назначения выполняют оптоволоконными (пат. США №№ 5321501, 5459570, 5582171).The advantage of the devices used to study the object using optical low-coherent radiation is the ability to obtain images of turbid media with high spatial resolution, as well as the possibility of non-invasive diagnostics during medical research and non-destructive testing for technical diagnostics of various equipment. Devices of this type comprise an optically coupled source of low coherent optical radiation and an optical interferometer. Optical interferometers that are part of low coherence reflectometers and devices for optical coherent tomography are quite well known (see, for example, interferometers according to US Pat. No. 5321501, 5383467, 5459570, 5582171, 6134003, international application No. WO 00/16034 and others .). Sometimes the optical scheme of an interferometer is fully or partially implemented using optical elements with lumped parameters (US Pat. No. 5,383,467), but more often optical interferometers of this purpose are fiber optic (US Pat. No. 5321501, 5459570, 5582171).
Оптический интерферометр выполнен обычно в виде интерферометра Майкельсона (см., например, X.Clivaz et al. "High resolution reflectometry in biological tissues". Opt.Lett. /Vol.17, No. 1/January 1, 1992; J.A.Izatt, J.G.Fujimoto et al. "Optical coherence microscopy in scattering media", Opt.Lett./ Vol.19, No. 8/April 15, 1994, p.590-592) либо интерферометра Маха-Цандера (см., например, J.A.Izatt, J.G.Fujimoto et al. "Micron-resolution Biomedical Imaging with optical coherence tomography". Optics & Photonic News, October 1993, Vol.4, No.10, p.14-19; пат. США №5582171). Вне зависимости от используемой конкретной схемы оптического интерферометра он содержит один или два светорасщепителя, измерительное и опорное плечи и, по меньшей мере, один фотоприемник. Измерительное плечо, как правило, снабжено измерительным зондом, чаще всего оптоволоконным (например, A.Sergeev et al. "In vivo optical coherence tomography of human skin microstructure", Proc.SPIE, v.2328,1994, p. 144; X.J.Wang et al. Characterization of human scalp hairs by optical low coherence reflectometry. Opt. Lett./Vol.20, No.5, 1995, pp.524-526). В интерферометре Майкельсона измерительное и опорное плечи двунаправленные, а на конце опорного плеча установлено референтное зеркало. В интерферометре Маха-Цандера измерительное и опорное плечи однонаправленные. Известны также гибридные интерферометры, в которых измерительное плечо однонаправленное, а опорное плечо двунаправленное (например, международная заявка № WO 00/16034).An optical interferometer is usually made in the form of a Michelson interferometer (see, for example, X. Clivaz et al. "High resolution reflectometry in biological tissues". Opt. Lett. / Vol. 17, No. 1 / January 1, 1992; JAIzatt, JG Fujimoto et al. "Optical coherence microscopy in scattering media", Opt. Lett./ Vol.19, No. 8 / April 15, 1994, p.590-592) or a Mach-Zander interferometer (see, e.g., JA Izatt, JG Fujimoto et al. "Micron-resolution Biomedical Imaging with optical coherence tomography." Optics & Photonic News, October 1993, Vol.4, No.10, p.14-19; U.S. Pat. No. 5,521,171). Regardless of the specific scheme of the optical interferometer used, it contains one or two light splitters, a measuring and supporting arms, and at least one photodetector. The measuring arm is typically provided with a measuring probe, most often a fiber probe (e.g., A. Sergeev et al. "In vivo optical coherence tomography of human skin microstructure", Proc.SPIE, v. 328, 1994, p. 144; XJWang et al. Characterization of human scalp hairs by optical low coherence reflectometry. Opt. Lett./Vol. 20, No.5, 1995, pp. 524-526). In the Michelson interferometer, the measuring and supporting arms are bidirectional, and a reference mirror is installed at the end of the supporting arm. In the Mach-Zander interferometer, the measuring and supporting arms are unidirectional. Hybrid interferometers are also known in which the measuring arm is unidirectional and the support arm is bidirectional (for example, international application No. WO 00/16034).
Принципиальной проблемой при построении любой из перечисленных оптических схем интерферометра, входящего в состав низкокогерентных рефлектометров и устройств для оптической когерентной томографии, является обеспечение максимального согласования плеч оптического интерферометра, что определяется геометрической длиной плеч и их дисперсионными характеристиками. Несоблюдение этого условия приводит к уширению кросскорреляционной функции и, как следствие, к уменьшению разрешения по глубине. Для компенсации разницы в дисперсии, связанной с возможным неравенством длин плеч оптического интерферометра, а также с использованием фокусирующей оптики в измерительном плече, в опорное плечо включают блок компенсации дисперсии, который используют при первоначальной калибровке устройства (см, например, пат. США №№ 5459570, 5975697, 6134003).A fundamental problem in constructing any of the listed optical schemes of the interferometer, which is part of low-coherence reflectometers and devices for optical coherent tomography, is to ensure maximum coordination of the shoulders of the optical interferometer, which is determined by the geometric length of the arms and their dispersion characteristics. Failure to comply with this condition leads to broadening of the cross-correlation function and, as a consequence, to a decrease in depth resolution. To compensate for the difference in dispersion associated with a possible unequal shoulder length of the optical interferometer, as well as using focusing optics in the measuring arm, a dispersion compensation unit is included in the reference arm, which is used during the initial calibration of the device (see, for example, US Pat. No. 5459570 , 5975697, 6134003).
Ближайшим аналогом предлагаемого технического решения является оптическое устройство для исследования объекта, известное по пат. США № 6134003, содержащее оптически связанные источник низкокогерентного оптического излучения и оптический интерферометр, включающий измерительное и опорное плечи. Измерительное плечо снабжено зондом, а опорное плечо включает блок компенсации дисперсии, который может содержать либо соответствующий отрезок оптического волокна, либо соответствующие дискретные оптические элементы. По меньшей мере, одно из плеч может включать оптическую линию задержки, а зонд может включать поперечный сканер. При использовании этого устройства в лабораторных условиях и для научных исследований квалифицированный исследователь может обеспечить компенсацию дисперсии и, следовательно, достаточно высокое разрешение по глубине подбором соответствующего количества оптического волокна и/или соответствующих оптических элементов в блоке компенсации дисперсии.The closest analogue of the proposed technical solution is an optical device for researching an object, known by US Pat. US No. 6134003, containing an optically coupled source of low coherent optical radiation and an optical interferometer, including the measuring and reference arms. The measuring arm is provided with a probe, and the supporting arm includes a dispersion compensation unit, which may contain either a corresponding segment of the optical fiber or corresponding discrete optical elements. At least one of the arms may include an optical delay line, and the probe may include a transverse scanner. When using this device in laboratory conditions and for scientific research, a qualified researcher can provide dispersion compensation and, therefore, a sufficiently high resolution in depth by selecting the appropriate amount of optical fiber and / or corresponding optical elements in the dispersion compensation unit.
Однако при использовании устройства в клинических условиях при исследованиях in vivo или in vitro либо в промышленных условиях для технической диагностики пользователь, как правило, не является высококвалифицированным специалистом в области оптической низкокогерентной техники и не может устранить возникшую при эксплуатации устройства неидентичность плеч оптического интерферометра. Поскольку устройства для оптической когерентной томографии и рефлектометрии являются достаточно дорогими приборами, один и тот же прибор может использоваться с разными источниками низкокогерентного излучения и для исследования различных объектов при наличии, например, сменных зондов. Замена зонда может быть вызвана также его поломкой. Замена источника низкокогерентного излучения, смена объекта исследования и замена зонда приводят, как правило, к нарушению первоначальной калибровки устройства и необходимости компенсации дисперсии. Необходимость компенсации дисперсии особенно важна при замене оптоволоконного зонда, поскольку выпускаемое промышленностью оптическое волокно имеет весьма существенный разброс по дисперсии, что приводит к нарушению идентичности плеч оптического интерферометра и уменьшению разрешения по глубине.However, when using the device in clinical conditions in in vivo or in vitro studies or in industrial conditions for technical diagnostics, the user, as a rule, is not a highly qualified specialist in the field of optical low-coherent equipment and cannot eliminate the non-identity of the arms of the optical interferometer that occurred during operation of the device. Since devices for optical coherence tomography and reflectometry are quite expensive devices, the same device can be used with different sources of low coherent radiation and for the study of various objects in the presence of, for example, interchangeable probes. Replacing the probe may also result in damage to the probe. Replacing the source of low coherent radiation, changing the object of study and replacing the probe usually lead to a violation of the initial calibration of the device and the need to compensate for the dispersion. The need for dispersion compensation is especially important when replacing an optical fiber probe, since an optical fiber produced by the industry has a very significant dispersion dispersion, which leads to a violation of the identity of the shoulders of the optical interferometer and a decrease in depth resolution.
Таким образом, задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка конструкции оптического устройства для исследования объекта, позволяющей простыми средствами обеспечить максимальное согласование плеч оптического интерферометра и тем самым высокое разрешение по глубине при эксплуатации устройства в клинических и промышленных условиях.Thus, the problem to which the present invention is directed is the development of the design of an optical device for researching an object, which allows simple means to ensure maximum matching of the shoulders of the optical interferometer and thereby high resolution in depth during operation of the device in clinical and industrial conditions.
Сущность разработанного оптического устройства для исследования объекта заключается в том, что он так же, как и устройство, которое является ближайшим аналогом, содержит оптически связанные источник низкокогерентного оптического излучения и оптический интерферометр, включающий измерительное и опорное плечи, при этом измерительное плечо снабжено зондом.The essence of the developed optical device for researching an object lies in the fact that it, like the device that is the closest analogue, contains an optically coupled source of low-coherent optical radiation and an optical interferometer, including the measuring and supporting arms, while the measuring arm is equipped with a probe.
Новым в разработанном устройстве для исследования объекта является то, что опорное плечо включает, по меньшей мере, одну сменную часть, заданные оптические параметры которой определяются оптическими свойствами зонда.New in the developed device for researching an object is that the supporting arm includes at least one interchangeable part, the specified optical parameters of which are determined by the optical properties of the probe.
В частном случае зонд выполнен оптоволоконным.In the particular case, the probe is made of fiber optic.
В другом частном случае сменная часть опорного плеча, оптические параметры которой определяются оптическими свойствами зонда, выполнена оптоволоконной.In another particular case, the replaceable part of the support arm, the optical parameters of which are determined by the optical properties of the probe, is made of fiber optic.
В другом частном случае устройство снабжено, по меньшей мере, одним сменным комплектом, включающим оптоволоконный зонд и сменную часть опорного плеча.In another particular case, the device is equipped with at least one interchangeable kit, including an optical fiber probe and a removable part of the support arm.
В другом частном случае оптоволоконный зонд и сменная часть опорного плеча изготовлены из отрезков оптического волокна, имеющих приблизительно одинаковые дисперсионные характеристики.In another particular case, the optical fiber probe and the removable part of the support arm are made of pieces of optical fiber having approximately the same dispersion characteristics.
В другом частном случае оптоволоконный зонд и сменная часть опорного плеча изготовлены из одного отрезка оптического волокна.In another particular case, the optical fiber probe and the replaceable part of the support arm are made of one piece of optical fiber.
В другом частном случае оптоволоконный зонд и сменная часть опорного плеча изготовлены из отрезков оптического волокна, имеющих разные дисперсионные характеристики.In another particular case, the optical fiber probe and the removable part of the support arm are made of pieces of optical fiber having different dispersion characteristics.
В другом частном случае в оптическом интерферометре измерительное и опорное плечи выполнены двунаправленными, при этом геометрическая длина упомянутой сменной части опорного плеча приблизительно равна геометрической длине зонда.In another particular case, in the optical interferometer, the measuring and supporting arms are bi-directional, while the geometric length of said interchangeable part of the supporting arm is approximately equal to the geometric length of the probe.
В другом частном случае в оптическом интерферометре измерительное плечо выполнено двунаправленным, а опорное плечо выполнено однонаправленным, при этом геометрическая длина упомянутой сменной части опорного плеча приблизительно вдвое больше геометрической длины зонда.In another particular case, in the optical interferometer, the measuring arm is bi-directional, and the supporting arm is unidirectional, while the geometric length of said interchangeable part of the supporting arm is approximately twice that of the probe.
В другом частном случае в оптическом интерферометре измерительное плечо выполнено однонаправленным, а опорное плечо выполнено двунаправленным, при этом геометрическая длина упомянутой сменной части опорного плеча приблизительно вдвое меньше геометрической длины зонда.In another particular case, in the optical interferometer, the measuring arm is made unidirectional, and the supporting arm is made bidirectional, while the geometric length of said interchangeable part of the supporting arm is approximately half the geometric length of the probe.
Предпочтительно выполнить оптическое волокно одномодовым.Preferably, the optical fiber is single-mode.
В частном случае оптическое волокно выполнено поляризационно сохраняющим.In a particular case, the optical fiber is made polarizing preserving.
Целесообразно включить в опорное плечо блок компенсации дисперсии.It is advisable to include a dispersion compensation unit in the support arm.
Целесообразно также соединить зонд с остальной частью оптического интерферометра с помощью разъемного соединения.It is also advisable to connect the probe to the rest of the optical interferometer using a detachable connection.
В частном случае по меньшей мере одно из плеч оптического интерферометра содержит оптическую линию задержки.In the particular case, at least one of the arms of the optical interferometer contains an optical delay line.
В другом частном случае по меньшей мере одно из плеч оптического интерферометра содержит фазовый модулятор.In another particular case, at least one of the arms of the optical interferometer comprises a phase modulator.
В другом частном случае по меньшей мере одно из плеч оптического интерферометра выполнено оптоволоконным.In another particular case, at least one of the arms of the optical interferometer is made of fiber optic.
В другом частном случае по меньшей мере одно из плеч оптического интерферометра выполнено оптоволоконным.In another particular case, at least one of the arms of the optical interferometer is made of fiber optic.
В другом частном случае источник низкокогерентного оптического излучения выполнен в виде источника излучения видимого или ближнего ИК диапазона длин волн.In another particular case, the source of low coherent optical radiation is made in the form of a radiation source of the visible or near infrared wavelength range.
В другом частном случае сменная часть опорного плеча, оптические параметры которой определяются оптическими свойствами зонда, выполнена на дискретных оптических элементах.In another particular case, the replaceable part of the support arm, the optical parameters of which are determined by the optical properties of the probe, is made on discrete optical elements.
Разработано оптическое устройство для исследования объекта, в котором опорное плечо включает, по меньшей мере, одну сменную часть, заданные оптические параметры которой определяются оптическими свойствами зонда. При выполнении зонда оптоволоконным это позволяет снабдить устройство набором сменных комплектов, в который входит оптоволоконный зонд и соответствующая сменная оптоволоконная часть опорного плеча. При этом оптоволоконный зонд и сменная часть опорного плеча могут быть изготовлены из отрезков оптического волокна, имеющих либо приблизительно одинаковые, либо разные дисперсионные характеристики. Оптоволоконный зонд и сменная часть опорного плеча могут быть изготовлены из одного отрезка оптического волокна. Использование таких комплектов при эксплуатации устройства в клинических или промышленных условиях позволяет простыми средствами обеспечить максимальное согласование плеч оптического интерферометра и тем самым высокое разрешение по глубине.An optical device for researching an object has been developed, in which the supporting arm includes at least one interchangeable part, the specified optical parameters of which are determined by the optical properties of the probe. When performing a fiber-optic probe, this allows the device to be equipped with a set of interchangeable kits, which includes a fiber optic probe and the corresponding interchangeable fiber-optic part of the support arm. In this case, the optical fiber probe and the removable part of the support arm can be made of segments of optical fiber having either approximately the same or different dispersion characteristics. The fiber optic probe and the interchangeable part of the support arm can be made of one piece of optical fiber. The use of such kits when operating the device in clinical or industrial conditions allows simple means to ensure maximum matching of the shoulders of the optical interferometer and thereby a high resolution in depth.
На чертеже приведено схематичное изображение предложенного оптического устройства для исследования объекта.The drawing shows a schematic representation of the proposed optical device for researching an object.
Предложенное устройство иллюстрируется на примере устройства для оптической низкокогерентной томографии, включающего оптоволоконный интерферометр, хотя очевидно, что оно может быть реализовано в виде рефлектометра, а оптический интерферометр либо любая его часть могут быть выполнены с помощью оптических элементов с сосредоточенными параметрами. Оптоволоконная реализация предпочтительна для медицинских применений, особенно в эндоскопии, где гибкость и компактность оптического волокна обеспечивает удобный доступ к различным тканям и органам, включая внутренние органы, через эндоскоп.The proposed device is illustrated by the example of a device for optical low-coherence tomography, including an optical fiber interferometer, although it is obvious that it can be implemented as a reflectometer, and an optical interferometer or any part of it can be performed using optical elements with lumped parameters. Fiber optic implementation is preferred for medical applications, especially in endoscopy, where the flexibility and compactness of the optical fiber provides convenient access to various tissues and organs, including internal organs, through the endoscope.
Устройство, изображенное на чертеже, содержит источник 1 низкокогерентного оптического излучения, оптически связанный с оптическим интерферометром 2. Оптический интерферометр 2 в конкретной реализации выполнен в виде интерферометра Майкельсона и включает измерительное плечо 3 и опорное плечо 4, при этом измерительное плечо 3 снабжено оптоволоконным зондом 5. В конкретной реализации, приведенной на рисунке, оптоволоконный зонд 5 выполнен сменным и соединен с остальной частью оптического интерферометра 2 с помощью разъемного соединения 6. Если оптический интерферометр 2 выполнен на поляризационно сохраняющем волокне, разъемное соединение также должно быть поляризационно сохраняющим. Если зонд 5 сконструирован для получения изображения по окружности (например, катетер для получения изображения внутренней части сосудов), он может быть соединен с остальной частью интерферометра с помощью вращающегося соединения. Опорное плечо 4 снабжено на конце референтным зеркалом 7. Опорное плечо 4 может включать блок компенсации дисперсии (на чертеже не показан) для калибровки устройства при его изготовлении. Опорное плечо 4 включает, по меньшей мере, одну сменную часть в конкретной реализации, сменную часть 8, заданные оптические параметры которой определяются оптическими свойствами зонда 5. При выполнении интерферометра 2 в виде интерферометра Майкельсона измерительное и опорное плечи являются двунаправленными, поэтому геометрическая длина сменной части 8 опорного плеча 4 приблизительно равна геометрической длине оптоволоконного зонда 5. При этом оптоволоконный зонд 5 и сменная часть 8 опорного плеча 4, являющиеся частью сменного комплекта, изготовлены из одного отрезка оптического волокна, что позволяет максимально сблизить дисперсионные характеристики оптоволоконного зонда 5 и сменной части 8. Сменная часть 8 опорного плеча 4 соединена с несменяемой частью опорного плеча 4 с помощью, по меньшей мере, одного разъемного соединения 9.The device shown in the drawing contains a source of low coherent optical radiation, optically coupled to an optical interferometer 2. Optical interferometer 2 in a particular implementation is made in the form of a Michelson interferometer and includes a measuring arm 3 and a supporting arm 4, while the measuring arm 3 is equipped with a fiber optic probe 5 . In the specific implementation shown in the figure, the optical fiber probe 5 is interchangeable and connected to the rest of the optical interferometer 2 using a detachable connection 6. E If the optical interferometer 2 is made on a polarization-preserving fiber, the detachable connection must also be polarization-preserving. If the probe 5 is designed to obtain a circular image (for example, a catheter for imaging the inside of the vessels), it can be connected to the rest of the interferometer using a rotating connection. The supporting arm 4 is provided at the end with a reference mirror 7. The supporting arm 4 may include a dispersion compensation unit (not shown in the drawing) for calibrating the device during its manufacture. The supporting arm 4 includes at least one interchangeable part in a particular implementation, the interchangeable part 8, the specified optical parameters of which are determined by the optical properties of the probe 5. When the interferometer 2 is in the form of a Michelson interferometer, the measuring and supporting arms are bidirectional, therefore the geometric length of the interchangeable part 8 of the support arm 4 is approximately equal to the geometric length of the optical fiber probe 5. In this case, the optical fiber probe 5 and the removable part 8 of the support arm 4, which are part of the interchangeable kit, and made of one segment of the optical fiber, which allows to bring the dispersion characteristics of the fiber optic probe 5 and the replaceable part 8 as close as possible. The replaceable part 8 of the support arm 4 is connected to the non-replaceable part of the support arm 4 using at least one detachable connection 9.
При использовании другой схемы оптического интерферометра 2, в которой измерительное плечо 3 выполнено двунаправленным, а опорное плечо 4 выполнено однонаправленным, геометрическая длина сменной части 8 опорного плеча 4 приблизительно вдвое больше геометрической длины зонда 5. При использовании схемы оптического интерферометра 2, в которой измерительное 3 плечо выполнено однонаправленным, а опорное плечо 4 выполнено двунаправленным, геометрическая длина сменной части 8 опорного плеча 4 приблизительно вдвое меньше геометрической длины зонда 5.When using another scheme of the optical interferometer 2, in which the measuring arm 3 is bi-directional and the supporting arm 4 is unidirectional, the geometric length of the replaceable part 8 of the supporting arm 4 is approximately twice the geometric length of the probe 5. When using the scheme of the optical interferometer 2, in which the measuring 3 the shoulder is made unidirectional, and the supporting arm 4 is made bidirectional, the geometric length of the removable part 8 of the supporting arm 4 is approximately half that of the geometric length yes 5.
При проведении исследований на двух длинах волн может возникнуть необходимость компенсации дисперсии при переходе с одной рабочей длины волны на другую. В этом случае используют сменный комплект, в котором оптоволоконный зонд и сменная часть опорного плеча изготовлены из отрезков оптического волокна, имеющих разные дисперсионные характеристики.When conducting studies at two wavelengths, it may be necessary to compensate for the variance when switching from one working wavelength to another. In this case, a replaceable kit is used in which the fiber optic probe and the replaceable part of the support arm are made of pieces of optical fiber having different dispersion characteristics.
Источник 1 представляет собой источник низкокогерентного оптического излучения видимого или ближнего ИК диапазона длин волн; в качестве источника 1 могут быть использованы, например, полупроводниковые суперлюминисцентные диоды, суперлюмы на легированном оптическом волокне, твердотельные и оптоволоконные фемтосекундные лазеры.Source 1 is a source of low coherent optical radiation of the visible or near infrared wavelength range; as source 1, for example, semiconductor superluminescent diodes, superluminescence with doped optical fiber, solid-state and fiber-optic femtosecond lasers can be used.
Зонд 5 может иметь любую известную из уровня техники конструкцию, например, это может быть эндоскоп, эндоскопический зонд, катетер, проводниковый катетер, игла, либо он может быть имлантирован в тело для обеспечения мгновенного доступа к внутреннему органу. Зонд 5 может включать систему поперечного сканирования, которая может быть выполнена, например, так же, как в устройстве по пат. РФ № 2148378.The probe 5 may have any structure known from the prior art, for example, it can be an endoscope, endoscopic probe, catheter, guide catheter, needle, or it can be implanted into the body to provide instant access to the internal organ. The probe 5 may include a transverse scanning system, which can be performed, for example, in the same way as in the device according to US Pat. RF number 2148378.
По меньшей мере, одно из плеч оптического интерферометра 2 может содержать оптическую линию задержки или фазовый модулятор для изменения разности оптических длин измерительного 3 и опорного 4 плеч, т.е. для сканирования вглубь объекта 10. Оптическая линии задержки может быть выполнена, например, по патенту РФ № 2100787, в виде встроенной оптоволоконной линии задержки (на чертеже не показано). Однако могут быть использованы любые известные из уровня техники средства для изменения оптической длины, например линии задержки, основанные на перемещении зеркала (зеркал), на перемещении призмы (призм), дифракционная линия задержки, вращающиеся зеркала, призмы, кулачковые механизмы и геликоидные зеркала.At least one of the arms of the optical interferometer 2 may comprise an optical delay line or a phase modulator for varying the difference between the optical lengths of the measuring 3 and reference 4 arms, i.e. for scanning deep into the object 10. The optical delay line can be performed, for example, according to the patent of the Russian Federation No. 2100787, in the form of an integrated fiber optic delay line (not shown in the drawing). However, any means known in the art can be used to change the optical length, for example, delay lines based on moving mirrors (mirrors), moving prisms (prisms), diffraction delay lines, rotating mirrors, prisms, cam mechanisms, and helicoid mirrors.
В качестве оптического волокна в конкретной реализации используется одномодовое поляризационно сохраняющее оптическое волокно.As an optical fiber in a particular implementation, a single-mode polarization-preserving optical fiber is used.
Разработанное оптическое устройство для исследования объекта работает следующим образом.The developed optical device for researching an object works as follows.
Источник 1 формирует низкокогерентное оптическое излучение, в конкретной реализации, видимого или ближнего ИК диапазона, которое поступает на оптический интерферометр 2. Оптоволоконный зонд 5, являющийся частью измерительного плеча 3 оптического интерферометра 2 обеспечивает доставку оптического излучения на объект 10. Интерферометр 2 обеспечивает формирование интерференционного сигнала, являющегося результатом смешения сигналов, прошедших по измерительному и опорному плечам 3, 4 соответственно. При смене оптоволоконного зонда 5 производят замену сменной части 8 опорного плеча 4, используя для этого сменную часть 8 из соответствующего комплекта. В зависимости от решаемой задачи используют либо комплект, в котором оптоволоконный зонд 5 и сменная часть 8 опорного плеча 4 изготовлены из отрезков оптического волокна, имеющих приблизительно одинаковые дисперсионные характеристики, либо комплект, в котором оптоволоконный зонд 5 и сменная часть 8 опорного плеча 4 изготовлены из отрезков оптического волокна, имеющих разные дисперсионные характеристики.The source 1 generates low-coherent optical radiation, in a particular implementation, of the visible or near-IR range, which is supplied to the optical interferometer 2. The optical fiber probe 5, which is part of the measuring arm 3 of the optical interferometer 2, delivers the optical radiation to the object 10. The interferometer 2 provides the formation of an interference signal resulting from the mixing of signals transmitted along the measuring and supporting arms 3, 4, respectively. When changing the optical fiber probe 5, the replaceable part 8 of the support arm 4 is replaced using the replaceable part 8 from the corresponding kit. Depending on the problem being solved, either a kit in which the fiber optic probe 5 and the replaceable part 8 of the support arm 4 are made of pieces of optical fiber having approximately the same dispersion characteristics, or a kit in which the fiber optic probe 5 and the replaceable part 8 of the support arm 4 are made of segments of optical fiber having different dispersion characteristics.
И в том, и в другом случае обеспечивается максимальное согласование плеч оптического интерферометра, вследствие чего реализуется необходимое разрешение по глубине.In both cases, the maximum coordination of the shoulders of the optical interferometer is ensured, as a result of which the necessary resolution in depth is realized.
Claims (20)
Priority Applications (6)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003115905/28A RU2247938C1 (en) | 2003-05-27 | 2003-05-27 | Optical device for object analysis |
| US10/556,979 US20070064237A1 (en) | 2003-05-27 | 2004-05-24 | Optical device for studying an object |
| CA002527259A CA2527259A1 (en) | 2003-05-27 | 2004-05-24 | Optical device for studying an object |
| PCT/RU2004/000195 WO2004106849A1 (en) | 2003-05-27 | 2004-05-24 | Optical device for studying an object |
| EP04748910A EP1635137A1 (en) | 2003-05-27 | 2004-05-24 | Optical device for studying an object |
| JP2006532168A JP2007504475A (en) | 2003-05-27 | 2004-05-24 | Optical devices for studying objects |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2003115905/28A RU2247938C1 (en) | 2003-05-27 | 2003-05-27 | Optical device for object analysis |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2003115905A RU2003115905A (en) | 2004-12-27 |
| RU2247938C1 true RU2247938C1 (en) | 2005-03-10 |
Family
ID=33488122
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2003115905/28A RU2247938C1 (en) | 2003-05-27 | 2003-05-27 | Optical device for object analysis |
Country Status (6)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US20070064237A1 (en) |
| EP (1) | EP1635137A1 (en) |
| JP (1) | JP2007504475A (en) |
| CA (1) | CA2527259A1 (en) |
| RU (1) | RU2247938C1 (en) |
| WO (1) | WO2004106849A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2399029C1 (en) * | 2009-07-17 | 2010-09-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Биомедицинские Технологии" | Spectral reflectometry method and device |
| RU2514725C1 (en) * | 2011-06-28 | 2014-05-10 | Кэнон Кабусики Кайся | Apparatus and method for optical coherence tomography |
| RU2559097C2 (en) * | 2010-05-13 | 2015-08-10 | Эндо Оптикс Корпорейшн | Laser videoendoscope |
Families Citing this family (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE102006048316A1 (en) * | 2006-10-12 | 2008-04-17 | Robert Bosch Gmbh | Optical fiber probe for interferometric measuring instrument, has reflection zone arranged in fiber for partial reflection of light rays guided in fiber, where reflection zone is arranged in fiber end piece |
| JP5397817B2 (en) * | 2010-02-05 | 2014-01-22 | 国立大学法人名古屋大学 | Interference measuring apparatus and measuring method |
| TWI435704B (en) * | 2011-03-15 | 2014-05-01 | Crystalvue Medical Corp | Oral optical diagnosing apparatus and operating method thereof |
| TWI519277B (en) * | 2011-03-15 | 2016-02-01 | 明達醫學科技股份有限公司 | Skin optical diagnosing apparatus and operating method thereof |
| ES2415555B2 (en) * | 2011-05-20 | 2014-07-09 | Medlumics, S.L. | SWEEP DEVICE FOR LOW COHERENCE INTERFEROMETRY. |
| PL237446B1 (en) * | 2015-09-18 | 2021-04-19 | Polskie Centrum Fotoniki I Swiatlowodow | A device for measuring the parameters of phase elements and optical fibers dispersion and the method of measuring the parameters of the phase element and optical fibers dispersion |
| JP2017090395A (en) * | 2015-11-17 | 2017-05-25 | 株式会社ミツトヨ | Interference objective lens and reference surface unit set |
| JP7557261B2 (en) * | 2019-02-01 | 2024-09-27 | 株式会社ニデック | OCT equipment |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2100787C1 (en) * | 1995-03-01 | 1997-12-27 | Геликонов Валентин Михайлович | Fibre-optical interferometer and fiber-optical piezoelectric transducer |
Family Cites Families (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU409118A1 (en) * | 1972-12-15 | 1973-11-30 | DEVICE FOR RESEARCH OF TRANSPARENT INHOMOGENEITIES | |
| US5491524A (en) * | 1994-10-05 | 1996-02-13 | Carl Zeiss, Inc. | Optical coherence tomography corneal mapping apparatus |
| RU2148378C1 (en) * | 1998-03-06 | 2000-05-10 | Геликонов Валентин Михайлович | Device for performing optic coherent tomography, optic fiber scanning device and method for diagnosing biological tissue in vivo |
| US6175669B1 (en) * | 1998-03-30 | 2001-01-16 | The Regents Of The Universtiy Of California | Optical coherence domain reflectometry guidewire |
| US6053613A (en) * | 1998-05-15 | 2000-04-25 | Carl Zeiss, Inc. | Optical coherence tomography with new interferometer |
| US6847453B2 (en) * | 2001-11-05 | 2005-01-25 | Optiphase, Inc. | All fiber autocorrelator |
-
2003
- 2003-05-27 RU RU2003115905/28A patent/RU2247938C1/en not_active IP Right Cessation
-
2004
- 2004-05-24 JP JP2006532168A patent/JP2007504475A/en active Pending
- 2004-05-24 WO PCT/RU2004/000195 patent/WO2004106849A1/en not_active Ceased
- 2004-05-24 CA CA002527259A patent/CA2527259A1/en not_active Abandoned
- 2004-05-24 US US10/556,979 patent/US20070064237A1/en not_active Abandoned
- 2004-05-24 EP EP04748910A patent/EP1635137A1/en not_active Withdrawn
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2100787C1 (en) * | 1995-03-01 | 1997-12-27 | Геликонов Валентин Михайлович | Fibre-optical interferometer and fiber-optical piezoelectric transducer |
Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2399029C1 (en) * | 2009-07-17 | 2010-09-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Биомедицинские Технологии" | Spectral reflectometry method and device |
| WO2011008135A3 (en) * | 2009-07-17 | 2011-05-12 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Биомедицинские Технологии" | Spectral reflectometry method and device |
| US8488124B2 (en) | 2009-07-17 | 2013-07-16 | Limited Liability Company “Biomedical Technologies” | Spectral reflectometry method and device |
| RU2559097C2 (en) * | 2010-05-13 | 2015-08-10 | Эндо Оптикс Корпорейшн | Laser videoendoscope |
| RU2514725C1 (en) * | 2011-06-28 | 2014-05-10 | Кэнон Кабусики Кайся | Apparatus and method for optical coherence tomography |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2004106849A1 (en) | 2004-12-09 |
| EP1635137A1 (en) | 2006-03-15 |
| JP2007504475A (en) | 2007-03-01 |
| US20070064237A1 (en) | 2007-03-22 |
| CA2527259A1 (en) | 2004-12-09 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Pierce et al. | Birefringence measurements in human skin using polarization-sensitive optical coherence tomography | |
| RU2242710C2 (en) | Method and device for building object image and device for delivering low coherence optical radiation | |
| Pierce et al. | Effects of sample arm motion in endoscopic polarization-sensitive optical coherence tomography | |
| US8115934B2 (en) | Device and method for imaging the ear using optical coherence tomography | |
| US7450243B2 (en) | Volumetric endoscopic coherence microscopy using a coherent fiber bundle | |
| Aguirre et al. | Optical coherence microscopy | |
| US20060132790A1 (en) | Optical coherence tomography with 3d coherence scanning | |
| Bonesi et al. | High-speed polarization sensitive optical coherence tomography scan engine based on Fourier domain mode locked laser | |
| RU2247938C1 (en) | Optical device for object analysis | |
| Cho et al. | High speed SD-OCT system using GPU accelerated mode for in vivo human eye imaging | |
| Wurster et al. | Endoscopic optical coherence tomography with a flexible fiber bundle | |
| Masters | Early development of optical low-coherence reflectometry and some recent biomedical applications | |
| Park et al. | Multifunctional in vivo imaging for monitoring wound healing using swept‐source polarization‐sensitive optical coherence tomography | |
| Fujimoto et al. | Optical coherence tomography | |
| Subhash et al. | Optical coherence tomography: technical aspects | |
| Singh et al. | Common path side viewing monolithic ball lens probe for optical coherence tomography | |
| Yelin et al. | Volumetric sub-surface imaging using spectrally encoded endoscopy | |
| Gelikonov et al. | Compact fast-scanning OCT device for in vivo biotissue imaging | |
| Schumacher et al. | Clinical multimodal Brillouin microscopy-optical coherence elastography system for lens biomechanics | |
| Korde et al. | Design of a handheld optical coherence microscopy endoscope | |
| Fujimoto et al. | Ultrahigh-resolution optical coherence tomography using femtosecond lasers | |
| Rollins | Real time endoscopic and functional imaging of biological ultrastructure using optical coherence tomography | |
| Casaubieilh | Fibre optic fizeau intererometer for optical coherence tomography | |
| Chen et al. | Endoscopic optical coherence tomography system with rotating scan | |
| Kim et al. | Spatial refractive index measurement of porcine artery using differential phase OCT |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PC4A | Invention patent assignment |
Effective date: 20070801 |
|
| RH4A | Copy of patent granted that was duplicated for the russian federation |
Effective date: 20090605 |
|
| PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20110324 |
|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180528 |